专题01 化学反应与能量变化（寒假复习讲义）高二化学苏教版

专题01 化学反应与能量变化 考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢 重点专攻：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 提升专练：真题感知+提升专练，全面突破 1. 化学反应中发生能量变化的原因。 2. 热化学方程的书写方法。 3. 盖斯定律及其应用。 4. 燃烧热的有关计算。 5. 原电池的设计及原电池电极反应式的书写。 6. 电解池的工作原理，电极放电规律以及电极反应式的书写。 7. 离子膜在电解中的应用。 8. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀和金属的电化学防护。 一．化学反应的焓变——内能和焓 1．体系和环境 被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境或外界。 以盐酸与NaOH溶液反应为例： 2．内能与焓 （1）内能 ①物质的量确定的体系中，物质的各种能量总和称为 。 ②内能的影响因素： 内能受 、 、 和 的影响。物质处于一定的状态，就具有一定的内能，状态发生改变时，内能就会发生变化。 ③内能的绝对值无法直接测得，内能的变化可以 的形式表现出来。 （2）焓 是与内能有关的物理量，用符号 表示。 二．化学反应的焓变 1．化学反应的两大基本特征 （1） ：有新物质生成。 （2） ：表现形式主要是吸收或释放热量，能量的转换以发生化学变化的物质为基础，遵循能量守恒定律。 2．反应热和焓变 （1）反应热 在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称 。 （2）焓变 ①概念：在 条件下，化学反应过程中吸收或放出的热称为反应的焓变。 ②焓变的符号： ，常用单位： 。 ③化学反应的焓变与温度、压强、反应物及生成物的聚集状态等因素有关。 （3）焓变和反应热的关系 在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变。 3．化学反应中的能量变化 （1）化学反应的分类(以反应过程中能量变化为依据) （2）化学反应过程中物质的总能量与反应热的关系 若反应物的能量小于生成物的能量，则反应过程中 ；若反应物的能量大于生成物的能量，则反应过程中 。 （3）放热反应和吸热反应的概念 吸收热的反应称为 ，吸热反应的 。 放出热的反应称为 ，反热反应的 。 三．热化学方程式 1．概念 能够表示反应热的化学方程式叫 。 2．意义 热化学方程式不仅表示化学反应中的物质变化，也表示了能量变化。还说明了 与 之间的数量关系。 H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol 气态H2与 mol 气态O2反应生成1 mol液态水时，放出的热量是285.8 kJ。 3．热化学方程式的书写 （1）标明反应物和生成物的温度、压强和聚集状态。若不标明温度和压强，则表示在 条件时的反应热。 （2）标注反应物和生成物的聚集状态，固态、液态、气态和溶液态分别用 表示。 （3）化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以用 和 表示。 （4）同一化学反应，物质的 不同，反应的 也不同。 （5）在热化学方程式的右边注明ΔH的正负号(正号常省略)、数值和单位。 （6）若一个反应的焓变 ， 则其 的焓变ΔH =—akJ·mol-1。 【易错提醒】 （1）可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应，由于可逆反应不能进行彻底，那么吸收或放出的热量一定比该值小。 （2）热化学方程式中的物质必须注明聚集状态，不用标“↑”“↓”，也不用标明反应条件(如加热、高温、催化剂等)，而写发生反应时的温度和压强。 （3）ΔH的单位为kJ·mol－1，注意“＋”“－”且与化学方程式一一对应。 四．化学键与化学反应能量变化的关系 1．实例分析 N2(g)＋O2(g)===2NO(g)反应的能量变化如图所示： 由图可知： 1 mol N2分子中的化学键断裂吸收的能量是946kJ ； 1 mol O2分子中的化学键断裂吸收的能量是498kJ； 2 mol NO分子中的化学键形成释放的能量是1264kJ； 则N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的反应吸收的热量为180kJ。 2．化学反应能量变化的本质 （1）化学反应中中的能量变化，本质上是由于化学变化中 和 造成的。 （2）化学键与化学反应能量变化的关系 3．键能数据计算化学反应的反应热 用键能计算ΔH时， ，其中： 。 五、反应热的测量 1．实验原理 通过测定一定量的酸、 碱溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得反应热。 2．实验装置 （1）实验装置 （2）仪器各部分的作用 ①搅拌器或环形玻璃搅拌棒的作用是 ， 。 ②保温层的作用是 。 ③温度计的作用是 。 3．实验步骤 （1）用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（t1）。 （2）另取一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1 NaOH溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（t2）。 （3）将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，并准确读出反应体系的最高温度（t3）。 4．实验数据处理 假设溶液的比热与水的比热相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热。 ①反应体系的温度变化： ②反应体系的热容： ③反应热 5．反应热的测量实验要点 （1）使用隔热层（碎泡沫塑料或纸条）及杯盖—— 。 （2）量取反应物，测反应前温度——要用NaOH稀溶液、稀盐酸。 （3）混合反应物，测反应后温度——测反应后混合液的 。 （4）重复实验2~3次，减小系统误差。 6．问题讨论 （1）若使用浓硫酸或浓碱会对实验结果有什么影响？ （2）使用弱酸或弱碱会对实验结果有什么影响？ （3）若分别使用0.25mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液，测得的反应热的数值是否相同？ （4）若取用的溶液的体积较少，对实验结果有什么影响？ 六、盖斯定律 1．盖斯定律的内容 。 应用盖斯定律，可以间接地把不易测定的ΔH计算出来。 2．盖斯定律的应用 利用已知反应焓变求未知反应焓变。 一个反应的化学方程式可由另外几个化学方程式相加减得到，则该化学反应的焓变也可以由几个化学反应焓变的相加减而得到。 恒压条件下，化学反应的反应热仅与反应的起始状态和最终状态有关，而与反应的途径 。如图所示： 3．应用盖斯定律计算ΔH的方法 根据如下两个反应： Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1 选用两种方法，计算出C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH3。 (1) 反应C(s)＋O2(g)===CO2(g)的途径可设计如图： ΔH1＝ΔH3＋ΔH2，则ΔH3＝－110.5 kJ·mol－1。 (2) 依据目标方程式中各物质的位置和化学计量数，调整已知方程式，最终加合成目标方程式，ΔH同时作出相应的调整和运算。 ①写出目标反应的热化学方程式，确定各物质在各反应中的位置：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3； ②将已知热化学方程式Ⅰ－Ⅱ，可得目标热化学方程式：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3＝ΔH1－ΔH2，则ΔH3＝－110.5 kJ·mol－1。 七、标准燃烧热和热值 1．标准燃烧热 （1）定义： 。 （2）单位： 。 （3）意义：如25 ℃、101 kPa时，甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3 kJ·mol-1的意义是： 101 kPa时，1mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出890.31 kJ的热量。 （4）物质完全燃烧指物质中含有的氮元素转化为 、氢元素转化为 、碳元素转化为 。 2．热值 （1）定义： 。 （2）单位： 。 （3）热值与标准燃烧热的换算： 如甲烷的热值为55.6kJ·g-1，则甲烷的标准燃烧热为ΔH＝－889.6 kJ·mol－1（或889.6 kJ·mol－1）。 3．表示标准燃烧热的热化学方程式的书写 由于标准燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧放出的热量来定义的，因此在书写热化学方程式时，可燃物的化学计量数为1，以此来配平热化学方程式，其余物质的化学计量数常出现分数。 如表示乙炔标准燃烧热的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　 ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，即C2H2的标准燃烧热为1 299.6 kJ·mol－1。 八、能源的充分利用 1．概念：能源是指能提供能量的自然资源。 2．分类 （1）按产生分类 分为一次能源和二次能源。 一次能源是指 ，包括化石燃料（煤炭、石油、天然气）、水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等。 二次能源是指由 ，包括电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等。 一次能源又分为 和 。 （2）按污染分类 根据能源消耗后是否造成环境污染可分为 和 。 污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。 （3）按使用类型分类 分为 和 。 常规能源包括水力资源和煤炭、石油、天然气等。 新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及核电的核燃料等。 3．能源的充分利用 （1） 、 的能源体系。 （2）新能源的开发 太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能是最有希望的新能源。 九、原电池的工作原理 1．原电池的概念 原电池是利用将化学能转化为电能的装置。 2．铜锌原电池 （1）【实验探究】 【实验1】向CuSO4溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。 【实验2】将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象；取出盐桥，再观察实验现象。 实验现象 实验结论 实验1 溶液的温度升高 Zn与CuSO4溶液反应放出热量 实验2 插入盐桥：①锌片溶解，铜片加厚变亮 ②CuSO4溶液的颜色变浅 ③电流计指针发生偏转 有电流产生 取出盐桥：电流计指针不发生偏转 无电流产生 （2）结论：实验1的能量变化的主要形式为化学能转化为热能；实验2的能量变化的主要形式为化学能转化为电能。 （3）铜锌原电池的工作原理 Zn片为负极，电极反应式为 ，反应类型是 。 Cu片为正极，电极反应式为 ，反应类型是 。 总反应式为 电子的流动方向： 。 盐桥中K+移向CuSO4溶液，Cl-移向ZnSO4溶液。 3．原电池的构成 （1）半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。 （2）电极材料 一般情况下，两个活泼性不同的电极， ， 。 （3）形成闭合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接， 。 两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。 4．原电池的工作原理 （1）一般，原电池反应为自发的氧化还原反应，且ΔH<0。 （2）半反应： ； 。 （3）电子流向：电子由 经导线流向 。 （4）离子流向：盐桥中的 流向 ， 流向 。 （5）盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性，形成闭合回路。 十、原电池的设计 1．实验探究原电池的设计 【实验探究】根据离子反应Cu2++Fe===Cu+Fe2+设计一个原电池。 （1）画出原电池构造示意图，指出正负极。 （2）写出原电池的电极反应式 负极： 正极： 2．设计原电池的方法 （1）外电路 ：还原性强的物质被氧化，向外电路提供电子； ：氧化性强的物质被还原，从外电路得到电子。 （2）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做定向移动， ， 。 十一、一次电池 1．一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 2．常见的一次电池 （1）碱性锌锰干电池 电池反应式： 负极反应式： 正极反应式： 。 （2）银锌纽扣电池： 电池反应式： 。 负极反应式： 。 正极反应式： 。 十二、二次电池 1．二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 2．铅蓄电池 （1）铅蓄电池的放电反应为原电池反应 负极： 正极： 电池反应： （2）铅蓄电池的充电反应 阴极： 阳极： 总反应： （3）铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为： 。 3．新型二次电池 （1）新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 （2）锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物； 负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的 、 的有机溶剂中。 ②锂离子电池的工作原理 负极： 正极： 电池反应： 十三、燃料电池 1．燃料电池 （1）概念： 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 （2）特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 负极： 正极： 电池反应： 3．基础实验——制作简单的燃料电池 （1）实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 （2）实验现象 ①接通学生电源， ， ， 。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 （3）判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是 ，该电极为燃料电池的 ；另外一个电极产生的是 ，该电解为燃料电池的 。 4．燃料电池的优点 （1）工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 （2）能量转换率高，有利于节约能源。 （3）排放的废弃物少，绿色环保。 【易错提醒】 （1）燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 （2）书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 （3）燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 十四、电解池的工作原理 1. 电解熔融氯化钠的原理 （1）电解熔融态氯化钠原理图 （2）过程分析： 通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的Na＋、Cl－。 通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na+离子向阴极移动，发生还原反应； Cl－向阳极移动，发生氧化反应。 （3）电极反应和电解反应： 阴极： ；阳极： 。 电解反应： 2. 电解和电解池 （1）概念 ①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生 和 的过程。 ②电解池是将 转化为 的装置。 （2）电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源 相连的电极，发生 ； 阳极：与电源 相连的电极，发生 。 ②电子流向： 、 。 ③离子的移动方向： 向 移动， 向 移动。 （3）电解池的构成条件 具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 3. 实验探究电解氯化铜溶液 （1）实验探究 实验现象：① ；② ；③ 实验结论：电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。 （2）实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向a阳极移动。 在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 电极反应式 电解反应 十五、电解池电极反应规律 1．电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： （2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 2．以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极： 阳极： 强碱（如NaOH） 阴极： 阳极： 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极： 阳极： 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极： 阳极：电解质阴离子放电 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极： 十六、电解饱和食盐水的工作原理 1．电极反应和电解反应 （1）阳极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 。 （2）阴极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 。 （3）电解方程式： 。 2．电解饱和食盐水的工作原理 （1）电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 （2）阳极产物为 ，阴极产物为： 。 （3）阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为 。 ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 十七、铜的电解精炼 1．电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 （1）电解池的构成： 用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解质溶液。 （2）电极反应式 阳极反应式： 等。 阴极反应式： 。 2．电解精炼铜的工作原理 （1）阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的 等在阳极沉积下来，形成 。 （2）阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 （3）电解质溶液中Cu2+浓度 。 十八、电镀 1．电镀 （1）概念：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 （2）目的： ① ；② 。 （3） 。 2．基础实验——铁钉镀锌 （1）实验操作要点 ①镀件的处理：铁钉依次用用细砂纸打磨、NaOH溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 ②电镀操作： ， 。 （2）电镀池的构成 通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。 （3）电极反应 阳极： 阴极： 3．电镀银的工作原理 （1）电极反应式 阴极： ；阳极： 。 （2）可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极上的银不断溶解。 （3）含银离子的溶液浓度的变化是不变。 【归纳小结】电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 阳极材料 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 阴极反应 电解溶液及其变化 十九、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象叫做 。 （2）金属腐蚀的分类 金属的腐蚀可分为 和 两种。 ① ：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。 ② ：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子而引起的腐蚀。 在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 （1）实验探究——钢铁的电化学腐蚀原理 ①向铁粉中加入碳粉的目的是碳作原电池的正极； ②实验现象：铁粉变成红棕色，a装置右边的小试管中液面上升；b装置中右边小试管中液面下降。 （2）钢铁的电化学腐蚀 根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为 和 ，如下图所示： ①钢铁的吸氧腐蚀： 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生吸氧腐蚀。 负极反应式： ；正极反应式： 。 总反应式： 。 Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3： ，Fe(OH)3部分脱水生成 ，是铁锈的主要成分。 ②钢铁的析氢腐蚀： 当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。其中，Fe是负极，C是正极。 负极反应式： ；正极反应式： 。 总反应式： 。 随着了氢气的析出，溶液的pH上升，最终形成铁锈。 二十、金属的防护 1．金属的防护方法 （1）在金属 ，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （2） ，如制成合金。 （3）利用 ，防止金属腐蚀。 2．金属的电化学防护 金属的电化学防护包括 和 。 （1）牺牲阳极的阴极保护法 将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作阳极（负极），在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的阴极（正极）的金属不易被腐蚀。 （2）外加电流的阴极保护法 被保护的钢铁设备作为阴极，另加惰性电极作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。 通电后，电子流向被保护的钢铁设备，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。 3．金属腐蚀原理的应用 （1）将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面产生一层致密的氧化铝膜，从而阻止铝进一步被氧化。可以用铝槽车运输冷的浓硝酸或浓硫酸。 （2）铁在NaOH和NaNO2的混合液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层致密的氧化膜，可防止铁被腐蚀。 （3）生活中常用的“暖宝宝”是利用吸氧腐蚀原理制造的。 强化点一 常见的放热反应和吸热反应 常见的放热反应有：①燃烧反应；②中和反应；③金属与水或酸反应放出氢气；④大多数化合反应；⑤铝热反应。 常见的吸热反应有：①大多数分解反应；②需要持续加热的反应；③CO2+C2CO，C+H2OCO+H2；④铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2、Ca(OH)2与NH4Cl的反应。 强化点二 从微观和宏观角度分析能量变化 1. 从宏观角度：物质能量变化与焓变 放热反应 吸热反应 关系 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 表示方法 ΔH<0 ΔH>0 2. 从微观角度：化学键与焓变 化学键断裂：吸收能量，如H2(g)=2H(g) ΔH>0 化学键形成：释放能量，如2Cl(g)=Cl2(g) ΔH<0 化学键断裂吸收的能量>化学键形成放出的能量：ΔH>0 化学键断裂吸收的能量<化学键形成放出的能量：ΔH<0 化学反应的本质是旧化学键断裂时吸收的能量和新化学键形成释放的能量不同导致的。 化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。 强化点三 利用盖斯定律计算ΔH的四步骤 （1）定：确定待求反应的热化学方程式。 （2）找：找出待求热化学方程式中只在已知化学方程式中出现一次的物质。 （3）调：依据该物质调整已知化学方程式的方向(同侧相加，异侧相减)和化学计量数，每个已知化学方程式只能调整一次。 （4）算：ΔH与化学方程式一一对应调整和运算。 强化点四 燃料电池电极反应式的书写方法 （1）负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 （2）正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 强化点五 电解后溶液pH的变化规律 (1) 电解区域： ①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2) 电解质溶液： ①电解过程中，既产生H2， 又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 真题感知 1．（2024·重庆·高考真题）二氧化碳甲烷重整是资源化利用的重要研究方向，涉及的主要热化学方程式有： ① ② ③ 已知键能为，键能为，键能为，则中的碳氧键键能(单位：)为 A． B． C． D． 2．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 3．（2024·海南·高考真题）已知时，，的临界温度(能够液化的最高温度)为，下列说法错误的是 A．氢气燃烧热 B．题述条件下和，在燃料电池中完全反应，电功+放热量 C．氢能利用的关键技术在于安全储存与运输 D．不同电极材料电解水所需电压不同，产生消耗的电功相同 4．（2024·江西·高考真题）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣ B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣ C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室 D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH 5．（2024·湖南·高考真题）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是 A．电解时，向Ni电极移动 B．生成的电极反应： C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成的同时，生成 6．（2024·湖北·高考真题）2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是 A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆 7．（2024·浙江·高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成和，下列说法不正确的是 A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液变大 C．铁电极上的电极反应式为： D．每生成标准状况下，消耗 8．（2024·广东·高考真题）我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁外壳为负极 B．镶嵌的锌块可永久使用 C．该法为外加电流法 D．锌发生反应： 提升专练 1．（24-25高二上·北京·期中）基元反应的反应过程如下图。下列分析不正确的是 A．该基元反应涉及H-I键断裂和H-H键形成 B．该基元反应属于吸热反应 C．该基元反应的活化能为 D．增大c(HI)，该反应单位体积内活化分子数增多 2．（24-25高二上·广东江门·期中）下面是几种常见的化学电源示意图，(相对原子质量：)。有关说法不正确的是 A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．铅蓄电池工作过程中，每通过电子，负极质量减轻 3．（24-25高二上·四川泸州·期中）是一种剧毒气体，如下图为质子膜燃料电池的示意图，可对废气资源化利用。下列说法错误的是 A．a是负极，电池工作时，电子的流动方向是：电极负载电极质子膜电极 B．电池工作时，若有生成，会消耗标况下的 C．电极上发生的电极反应式为 D．电路中通过电子时，有经质子膜进入正极区 4．（24-25高二上·四川泸州·期中）生产水煤气的反应的能量变化如下图，下列说法正确的是 A．该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放 B．   C．容器内充入、后充分反应，放出的热量 D．加入催化剂可以减小(b-a)的值，从而提高反应速率 5．（24-25高二上·福建·期中）碳酸二甲酯(DMC)是一种重要有机化工中间体，符合绿色低碳发展要求。双极耦合电催化合成DMC的原理如图所示，该体系具有通用性，可成功用于合成碳酸二乙酯。下列说法错误的是 A．金电极上发生的反应为： B．反应一段时间后，溶液中的保持不变 C．每产生[]，玻碳电极处就有被氧化 D．若用该装置合成碳酸二乙酯[]，可选用乙醇、作为原料 6．（24-25高二上·湖北·期中）已知、、的燃烧热分别为、、。混合物完全燃烧，放出热量。则、、的物质的量之比为 A． B． C． D． 7．（24-25高二上·北京·期中）资料显示，在溶液中，草酸根()可还原为。但向10mL 0.5 溶液中缓慢加入0.5 溶液至过量也不发生与之间的氧化还原反应，原因是，，并且此反应的活化能几乎为零。设计电化学实验证实草酸根()可还原，装置如图。下列说法不正确的是 A．a、b都应该用惰性电极 B．负极反应为 C．只要电流计指针发生偏转，就证实草酸根()可还原 D．取实验后b极区的溶液，加入溶液，有蓝色沉淀出现 8．（24-25高二上·河南郑州·期中）目前，我国光伏发电并网装机容量稳居全球首位。以四甲基氯化铵[]为原料，采用光伏并网发电装置，通过电渗析法合成，工作原理如图。下列说法不正确的是 A．光伏并网发电装置中N型半导体为负极 B．阳极发生的电极反应为 C．c为阳离子交换膜，d、e均为阴离子交换膜 D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体(标准状况) 9．（24-25高二上·山东·期中）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是 A．两室中石墨电极电势：甲>乙 B．装置工作时，乙室溶液pH逐渐增大 C．装置中隔膜均可选用阴离子交换膜 D．若甲室减少300mg，乙室增加890mg，理论上该装置降解0.005mol乙酸盐 10．（24-25高二上·江苏南京·期中）2024年10月30日凌晨我国进行了“神州十九号”载人飞船发射，获得了圆满成功。火箭推进剂在航天和军事等领域具有广泛的应用： （1）液氧甲烷可以作为火箭推进剂。已知、下甲烷燃烧生成和液态水放出热量，则甲烷的燃烧热 ，甲烷燃烧的热化学方程式为 。 （2）长征5号火箭发射时使用液氢和煤油作为燃料，工业上可用在高温下与水蒸气反应制得。 已知：在、下：             则与水蒸气反应转化为和的热化学方程式为 。 （3）用于神舟系列飞船发射的长征二号F使用肼类燃料，已知： ①正反应的话化能，则逆反应的话化能 。 ②与反应生成和水蒸气的热化学方程式 。 ③与足量反应生成和液态水时，放出的热量是 。(计算结果保留1位小数) 11．（24-25高二上·四川泸州·期中）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。 回答下列问题： （1）由固体配制溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 (从下列图中选择，写出名称)。 （2）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中(填“铁”或“石墨”)。 （3）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中增加了。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中 (假设两个烧杯中溶液体积均为)。 （4）根据（2）、（3）实验结果，铁电极的电极反应式为 ；该实验验证了氧化性小于 ，还原性小于 。 （5）实验前需要对铁电极表面活化。在溶液中加入几滴溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 。 12．（24-25高二上·广西百色·期中）I．黏土钒矿中，钒以+3价、+4价、+5价的化合物存在，还包括和铝硅酸盐等。采用以下流程可由黏土钒矿制备和硫酸铝铵。 已知：i．有机酸性萃取剂的萃取原理为：(表示有机溶液) ⅱ.酸性溶液中，对价钒萃取能力强，而对价钒的萃取能力较弱。 iii．能萃取而不能萃取。 （1）从黏土钒矿到浸出液的流程中，加快浸出速率的措施有 。 （2）浸出液中钒以+4价、+5价的形式存在，简述加入铁粉的原因： 。 （3）从平衡移动原理解释加入溶液的作用： 。 （4）和反应生成和的离子方程式是 。 Ⅱ．电化学方法是化工生产中常用的一种方法。利用该装置可以得到不同的产物： 氯碱工业中，用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制备氯气。 （5）该电解池的总方程式： （6）若有产生电子，产生气体的总体积是 (标准状况下)。 Ⅲ．二氧化氯是一种高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取工艺。 （7）a电极附近 (填“增大”“减小”或“不变”。b电极作电解池的 极，电极反应式为 。 13．（24-25高二上·福建龙岩·期中）电化学在冶金、航空、航天、材料、能源、环境科学等领域有广泛的应用。 （1）回收并利用一直是科研人员研究的热点。我国科学家研究电池，取得了重大科研成果，该电池中，Li为单质锂片，则该电池中的在 （填“正”或“负”）极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。 Ⅰ.。 Ⅱ.。 Ⅲ. 。 Ⅳ.。 （2）电解精炼法提纯镓（）是工业上常用的方法，具体原理如图所示。已知：金属活动性顺序；镓的化学性质与铝相似，在强碱溶液中以形式存在。 ①电解后，电解槽底部阳极泥中所含的金属有 。 ②电解过程中阴极的电极反应式是 。当外电路通过时，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 （）。 （3）全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应，该电池储能容量大、使用寿命长。利用该电池电解处理含的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示，a、b、c、d电极均为惰性电极。 ①全钒液流电池放电时，a电极反应式为 。 ②隔膜2为 （填“阴”或“阳”）离子交换膜，装置B中p口流出液中主要的溶质为 （填化学式）。 ③当装置B中产生气体的总体积为（标准状况下）时，装置A中有 通过质子交换膜。 14．（24-25高二上·河南郑州·期中）化学反应的过程不仅包括物质变化，还包括能量变化。研究化学能与其他形式能量之间的相互转化具有重要的意义。 I．化学能与热能 用 的盐酸与 的氢氧化钠溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 （1）仪器A的名称是 。 （2）已知：近似认为溶液密度是1g·cm⁻³，溶液的比热容c= 忽略溶液体积变化。实验数据如下，请计算中和热ΔH= 。 实验次数 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃ 盐酸 氢氧化钠溶液 平均值 1 26.4 26.2 26.3 29.4 2 27.0 27.4 27.2 31.7 3 25.9 25.9 25.9 28.8 （3）上述实验测得的中和热与理论值 存在较大偏差，产生偏差的原因可能是 (填字母)。 A．量取盐酸时仰视读数                                                B．实验装置保温隔热效果差 C．为了使反应充分，向酸溶液中分次加入碱溶液 Ⅱ． 化学能与电能 在如图所示装置中， A、B、E、F为多孔的石墨惰性电极； C、D为两个铂夹，夹在被 Na₂SO₄溶液浸湿的滤纸条上，滤纸中部滴有 KMnO4溶液； 电源有a、b两极。试管中充满KOH 溶液后倒立于 KOH溶液的水槽中，烧杯中为 500mL0.04mol·L⁻¹的 AgNO3溶液。断开 K1， 闭合K2、K3， 通直流电， 实验现象如图所示。 （4）a为电源的 极，在Na2SO4溶液浸湿的滤纸条中部的 溶液处观察到的现象是 。 （5）开始时，烧杯中发生的离子反应方程式 。一段时间后，在标准状况下A、B处共收集到气体672mL，忽略溶液体积变化，则此时烧杯中 c(H⁺)= ，烧杯中产生的气体体积为 。 （6）若电解一段时间后，A、B均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，观察到检流计的指针移动，其理由 。 15．（24-25高二上·河南洛阳·阶段练习）一种燃料电池与电解池组合的装置(电池工作时)如图所示，电极均为惰性电极，回答下列问题： （1）电极Ⅰ为 (填“正”或“负”)极，该电极上的反应式为 。 （2）右侧电池工作室中能量的转化形式主要为 (填“化学能”或“电能”，下同)转化为 。 （3）气体X为 (填化学名称)，判断的理由为 。 （4）电池工作一段时间后，图中三处KOH溶液的质量分数的大小顺序为___________(填标号)。 A． B． C． D． （5）当电路中每转移0.2mol电子： ①此时消耗的质量为 g。 ②此时电极Ⅳ上生成气体的体积为 L(标准状况下)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题01 化学反应与能量变化 考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢 重点专攻：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 提升专练：真题感知+提升专练，全面突破 1. 化学反应中发生能量变化的原因。 2. 热化学方程的书写方法。 3. 盖斯定律及其应用。 4. 燃烧热的有关计算。 5. 原电池的设计及原电池电极反应式的书写。 6. 电解池的工作原理，电极放电规律以及电极反应式的书写。 7. 离子膜在电解中的应用。 8. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀和金属的电化学防护。 一．化学反应的焓变——内能和焓 1．体系和环境 被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境或外界。 以盐酸与NaOH溶液反应为例： 2．内能与焓 （1）内能 ①物质的量确定的体系中，物质的各种能量总和称为 内能 。 ②内能的影响因素： 内能受 温度 、 压强 、 物质的聚集状态 和 组成 的影响。物质处于一定的状态，就具有一定的内能，状态发生改变时，内能就会发生变化。 ③内能的绝对值无法直接测得，内能的变化可以 通过变化过程中体系吸收（或放出）的热对内（或外）所做的功 的形式表现出来。 （2）焓 焓 是与内能有关的物理量，用符号 H 表示。 二．化学反应的焓变 1．化学反应的两大基本特征 （1） 物质变化 ：有新物质生成。 （2） 能量变化 ：表现形式主要是吸收或释放热量，能量的转换以发生化学变化的物质为基础，遵循能量守恒定律。 2．反应热和焓变 （1）反应热 在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称 反应热 。 （2）焓变 ①概念：在 恒压 条件下，化学反应过程中吸收或放出的热称为反应的焓变。 ②焓变的符号： ΔH ，常用单位： kJ·mol－1 。 ③化学反应的焓变与温度、压强、反应物及生成物的聚集状态等因素有关。 （3）焓变和反应热的关系 在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变。 3．化学反应中的能量变化 （1）化学反应的分类(以反应过程中能量变化为依据) （2）化学反应过程中物质的总能量与反应热的关系 若反应物的能量小于生成物的能量，则反应过程中 吸收能量 ；若反应物的能量大于生成物的能量，则反应过程中 放出能量 。 （3）放热反应和吸热反应的概念 吸收热的反应称为 吸热反应 ，吸热反应的 ΔH>0 。 放出热的反应称为 放热反应 ，反热反应的 ΔH<0 。 三．热化学方程式 1．概念 能够表示反应热的化学方程式叫 热化学方程式 。 2．意义 热化学方程式不仅表示化学反应中的物质变化，也表示了能量变化。还说明了 物质的“量” 与 “能量” 之间的数量关系。 H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol 气态H2与 mol 气态O2反应生成1 mol液态水时，放出的热量是285.8 kJ。 3．热化学方程式的书写 （1）标明反应物和生成物的温度、压强和聚集状态。若不标明温度和压强，则表示在 25℃，101kPa 条件时的反应热。 （2）标注反应物和生成物的聚集状态，固态、液态、气态和溶液态分别用 s、l、g和aq 表示。 （3）化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以用 整数 和 分数 表示。 （4）同一化学反应，物质的 化学计量数 不同，反应的 ΔH 也不同。 （5）在热化学方程式的右边注明ΔH的正负号(正号常省略)、数值和单位。 （6）若一个反应的焓变 ΔH =akJ·mol-1 ， 则其 逆反应 的焓变ΔH =—akJ·mol-1。 【易错提醒】 （1）可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应，由于可逆反应不能进行彻底，那么吸收或放出的热量一定比该值小。 （2）热化学方程式中的物质必须注明聚集状态，不用标“↑”“↓”，也不用标明反应条件(如加热、高温、催化剂等)，而写发生反应时的温度和压强。 （3）ΔH的单位为kJ·mol－1，注意“＋”“－”且与化学方程式一一对应。 四．化学键与化学反应能量变化的关系 1．实例分析 N2(g)＋O2(g)===2NO(g)反应的能量变化如图所示： 由图可知： 1 mol N2分子中的化学键断裂吸收的能量是946kJ ； 1 mol O2分子中的化学键断裂吸收的能量是498kJ； 2 mol NO分子中的化学键形成释放的能量是1264kJ； 则N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的反应吸收的热量为180kJ。 2．化学反应能量变化的本质 （1）化学反应中中的能量变化，本质上是由于化学变化中 旧化学键断裂时吸收的能量 和 新化学键形成时释放的能量不同 造成的。 （2）化学键与化学反应能量变化的关系 答案：断裂 、 形成 、吸收 、放出 3．键能数据计算化学反应的反应热 用键能计算ΔH时， ΔH===反应物的总键能—生成物的总键能 ，其中： 各物质的键能=该物质的物质的量×化学键数目之和。 五、反应热的测量 1．实验原理 通过测定一定量的酸、 碱溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得反应热。 2．实验装置 （1）实验装置 （2）仪器各部分的作用 ①搅拌器或环形玻璃搅拌棒的作用是 使反应物混合均匀 ， 充分接触 。 ②保温层的作用是 减少热量的散失 。 ③温度计的作用是 测定反应前后反应体系的温度 。 3．实验步骤 （1）用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（t1）。 （2）另取一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1 NaOH溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（t2）。 （3）将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，并准确读出反应体系的最高温度（t3）。 4．实验数据处理 假设溶液的比热与水的比热相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热。 ①反应体系的温度变化： Δt= t3-/(℃) ②反应体系的热容： C=(VHCl·ρHCl+ VNaOH·ρNaOH)×4.18/(J·℃-1) ③反应热 ΔH= —/(kJ·mol-1) 5．反应热的测量实验要点 （1）使用隔热层（碎泡沫塑料或纸条）及杯盖—— 减少热量损失 。 （2）量取反应物，测反应前温度——要用NaOH稀溶液、稀盐酸。 （3）混合反应物，测反应后温度——测反应后混合液的 最高温度 。 （4）重复实验2~3次，减小系统误差。 6．问题讨论 （1）若使用浓硫酸或浓碱会对实验结果有什么影响？ 浓硫酸或浓碱稀释时会放出热量，使最终温度偏高。 （2）使用弱酸或弱碱会对实验结果有什么影响？ 弱酸或弱碱电离时吸热，使最终温度偏低。 （3）若分别使用0.25mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液，测得的反应热的数值是否相同？ 理论上相同，因为反应热与化学方程式中化学计量数相关，与实际反应的物质的物质的量无关。本实验中测得的反应热是生成1molH2O(l)时的反应热。 （4）若取用的溶液的体积较少，对实验结果有什么影响？ 温度差变小，会造成系统误差增大。 六、盖斯定律 1．盖斯定律的内容 一个化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应相同 。 应用盖斯定律，可以间接地把不易测定的ΔH计算出来。 2．盖斯定律的应用 利用已知反应焓变求未知反应焓变。 一个反应的化学方程式可由另外几个化学方程式相加减得到，则该化学反应的焓变也可以由几个化学反应焓变的相加减而得到。 恒压条件下，化学反应的反应热仅与反应的起始状态和最终状态有关，而与反应的途径 无关 。如图所示： ΔH＝ΔH1+ΔH2 = ΔH3+ΔH4+ΔH5。 3．应用盖斯定律计算ΔH的方法 根据如下两个反应： Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1 选用两种方法，计算出C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH3。 (1) 虚拟路径法 反应C(s)＋O2(g)===CO2(g)的途径可设计如图： ΔH1＝ΔH3＋ΔH2，则ΔH3＝－110.5 kJ·mol－1。 (2) 加合法 依据目标方程式中各物质的位置和化学计量数，调整已知方程式，最终加合成目标方程式，ΔH同时作出相应的调整和运算。 ①写出目标反应的热化学方程式，确定各物质在各反应中的位置：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3； ②将已知热化学方程式Ⅰ－Ⅱ，可得目标热化学方程式：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3＝ΔH1－ΔH2，则ΔH3＝－110.5 kJ·mol－1。 七、标准燃烧热和热值 1．标准燃烧热 （1）定义： 在101 kPa下，1mol物质完全燃烧的反应热 。 （2）单位：kJ·mol－1。 （3）意义：如25 ℃、101 kPa时，甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3 kJ·mol-1的意义是： 101 kPa时，1mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出890.31 kJ的热量。 （4）物质完全燃烧指物质中含有的氮元素转化为 N2(g) 、氢元素转化为 H2O(l) 、碳元素转化为CO2(g) 。 2．热值 （1）定义：在101 kPa，1g物质完全燃烧所放出的热量。 （2）单位：kJ·g－1。 （3）热值与标准燃烧热的换算： 如甲烷的热值为55.6kJ·g-1，则甲烷的标准燃烧热为ΔH＝－889.6 kJ·mol－1（或889.6 kJ·mol－1）。 3．表示标准燃烧热的热化学方程式的书写 由于标准燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧放出的热量来定义的，因此在书写热化学方程式时，可燃物的化学计量数为1，以此来配平热化学方程式，其余物质的化学计量数常出现分数。 如表示乙炔标准燃烧热的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　 ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，即C2H2的标准燃烧热为1 299.6 kJ·mol－1。 八、能源的充分利用 1．概念：能源是指能提供能量的自然资源。 2．分类 （1）按产生分类 分为一次能源和二次能源。 一次能源是指 在自然界现成存在的能源 ，包括化石燃料（煤炭、石油、天然气）、水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等。 二次能源是指由 一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源 ，包括电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等。 一次能源又分为 可再生能源（水能、风能及生物质能） 和 非再生能源（煤炭、石油、天然气等） 。 （2）按污染分类 根据能源消耗后是否造成环境污染可分为 污染型能源 和 清洁型能源 。 污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。 （3）按使用类型分类 分为 常规能源 和 新型能源 。 常规能源包括水力资源和煤炭、石油、天然气等。 新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及核电的核燃料等。 3．能源的充分利用 （1） 构建清洁低碳 、 安全高效 的能源体系。 （2）新能源的开发 太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能是最有希望的新能源。 九、原电池的工作原理 1．原电池的概念 原电池是利用将化学能转化为电能的装置。 2．铜锌原电池 （1）【实验探究】 【实验1】向CuSO4溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。 【实验2】将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象；取出盐桥，再观察实验现象。 实验现象 实验结论 实验1 溶液的温度升高 Zn与CuSO4溶液反应放出热量 实验2 插入盐桥：①锌片溶解，铜片加厚变亮 ②CuSO4溶液的颜色变浅 ③电流计指针发生偏转 有电流产生 取出盐桥：电流计指针不发生偏转 无电流产生 （2）结论：实验1的能量变化的主要形式为化学能转化为热能；实验2的能量变化的主要形式为化学能转化为电能。 （3）铜锌原电池的工作原理 Zn片为负极，电极反应式为 Zn-2e-===Zn2+ ，反应类型是 氧化反应 。 Cu片为正极，电极反应式为 Cu2++2e-===Cu ，反应类型是 还原反应 。 总反应式为 Zn+Cu2+===Zn2++Cu 电子的流动方向： Zn片→导线→铜片 。 盐桥中K+移向CuSO4溶液，Cl-移向ZnSO4溶液。 3．原电池的构成 （1）半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。 （2）电极材料 一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作正极。 （3）形成闭合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接，形成闭合回路 。 两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。 4．原电池的工作原理 （1）一般，原电池反应为自发的氧化还原反应，且ΔH<0。 （2）半反应：负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。 （3）电子流向：电子由 负极 经导线流向 正极 。 （4）离子流向：盐桥中的 阳离子 流向 正极 ， 阴离子 流向 负极 。 （5）盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性，形成闭合回路。 十、原电池的设计 1．实验探究原电池的设计 【实验探究】根据离子反应Cu2++Fe===Cu+Fe2+设计一个原电池。 （1）画出原电池构造示意图，指出正负极。 （2）写出原电池的电极反应式 负极： Fe-2e-===Fe2+ 正极： Cu2++2e-===Cu 2．设计原电池的方法 （1）外电路 负极 ：还原性强的物质被氧化，向外电路提供电子； 正极 ：氧化性强的物质被还原，从外电路得到电子。 （2）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做定向移动， 阳离子移向正极 ， 阴离子移向负极 。 十一、一次电池 1．一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 2．常见的一次电池 （1）碱性锌锰干电池 电池反应式： Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式： Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2； 正极反应式： MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH- 。 （2）银锌纽扣电池： 电池反应式： Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag 。 负极反应式： Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2 。 正极反应式： Ag2O+2e-+2H2O===2Ag+2OH- 。 十二、二次电池 1．二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 2．铅蓄电池 （1）铅蓄电池的放电反应为原电池反应 负极： Pb - 2e- + SO42- = ==PbSO4 正极： PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4+ 2H2O 电池反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4=== 2PbSO4+ 2H2O （2）铅蓄电池的充电反应 阴极： PbSO4 + 2e- ===Pb + SO42- 阳极： PbSO4 - 2e- + 2H2O=== PbO2 + SO42- + 4H+ 总反应： 2PbSO4+ 2H2O === Pb + PbO2 + 2H2SO4 （3）铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O 。 3．新型二次电池 （1）新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 （2）锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物； 负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的 非水 、非质子性 的有机溶剂中。 ②锂离子电池的工作原理 负极： LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+ 正极： 6C+xLi++xe-===LixC6 电池反应： LiCoO2+6C===Li1-xCoO2+LixC6 十三、燃料电池 1．燃料电池 （1）概念： 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 （2）特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 负极： 2H2 - 4e- + 4OH- === 4H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 电池反应： 2H2+O22H2O 3．基础实验——制作简单的燃料电池 （1）实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 （2）实验现象 ①接通学生电源， 两个石墨棒上都有气泡产生 ， U形管内液面下降 ， 玻璃管液面上升 。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 （3）判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是 H2 ，该电极为燃料电池的 负极 ；另外一个电极产生的是 O2 ，该电解为燃料电池的 正极 。 4．燃料电池的优点 （1）工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 （2）能量转换率高，有利于节约能源。 （3）排放的废弃物少，绿色环保。 【易错提醒】 （1）燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 （2）书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 （3）燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 十四、电解池的工作原理 1. 电解熔融氯化钠的原理 （1）电解熔融态氯化钠原理图 （2）过程分析： 通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的Na＋、Cl－。 通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na+离子向阴极移动，发生还原反应； Cl－向阳极移动，发生氧化反应。 （3）电极反应和电解反应： 阴极： 2Na＋＋2e－===2Na ；阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 。 电解反应： 2NaCl2Na+Cl2↑ 2. 电解和电解池 （1）概念 ①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生 氧化反应 和 还原反应 的过程。 ②电解池是将 电能 转化为 化学能 的装置。 （2）电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源 负极 相连的电极，发生 还原反应 ； 阳极：与电源 正极 相连的电极，发生 氧化反应 。 ②电子流向： 负极→阴极 、 阳极→正极 。 ③离子的移动方向： 阳离子 向 阴极 移动， 阴离子 向 阳极 移动。 （3）电解池的构成条件 具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 3. 实验探究电解氯化铜溶液 （1）实验探究 实验现象：① 溶液颜色变浅 ；② 阴极上有红色物质生成 ；③ 阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝。 实验结论：电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。 （2）实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向a阳极移动。 在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 还原反应 氧化反应 电极反应式 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解反应 CuCl2Cu＋Cl2↑ 十五、电解池电极反应规律 1．电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： （2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 2．以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极：4H＋＋4e－=2H2↑ 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 H2O 强碱（如NaOH） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 增大 H2O 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 不变 H2O 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 增大 电解质 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：电解质阴离子放电 增大 无氧酸 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 金属氧化物或碳酸盐 十六、电解饱和食盐水的工作原理 1．电极反应和电解反应 （1）阳极：优先放电的离子： Cl- ，电极反应式： 2Cl--2e-===Cl2↑ ，反应类型： 氧化反应 。 （2）阴极：优先放电的离子： H2O电离出的H+ ，电极反应式： 2H2O+2e-===H2↑+2OH- ，反应类型： 还原反应 。 （3）电解方程式： 2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑ 。 2．电解饱和食盐水的工作原理 （1）电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 （2）阳极产物为 Cl2 ，阴极产物为： NaOH、H2 。 （3）阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为 Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O 。 ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 十七、铜的电解精炼 1．电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 （1）电解池的构成： 用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解质溶液。 （2）电极反应式 阳极反应式：Zn -2e-=== Zn2+、Fe-2e-=== Fe2+、Cu -2e-===Cu2+等。 阴极反应式：Cu2++2e-===Cu。 2．电解精炼铜的工作原理 （1）阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的 银、金 等在阳极沉积下来，形成 阳极泥 。 （2）阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 （3）电解质溶液中Cu2+浓度 先减小后不变 。 十八、电镀 1．电镀 （1）概念：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 （2）目的： ① 提升美观和增加表面硬度 ；② 增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化 。 （3） 镀层金属通常是一些不易被腐蚀的金属或合金 。 2．基础实验——铁钉镀锌 （1）实验操作要点 ①镀件的处理：铁钉依次用用细砂纸打磨、NaOH溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 ②电镀操作： 锌片作阳极 ， 铁钉作阴极 。 （2）电镀池的构成 通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。 （3）电极反应 阳极： Zn-2e-===Zn2+ 阴极： Zn+2e-===Zn 3．电镀银的工作原理 （1）电极反应式 阴极： Ag＋＋e－===Ag ；阳极： Ag－e－===Ag＋ 。 （2）可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极上的银不断溶解。 （3）含银离子的溶液浓度的变化是不变。 【归纳小结】电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Cu-2e-===Cu2+ 阴极反应 Cu2++2e-===Cu 电解溶液及其变化 电解后硫酸铜溶液浓度保持不变 电解后溶液中混有Zn2+等，c(Cu2+)减小 十九、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象叫做 金属的腐蚀 。 （2）金属腐蚀的分类 金属的腐蚀可分为 化学腐蚀 和 电化学腐蚀 两种。 ① 化学腐蚀 ：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。 ② 电化学腐蚀 ：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子而引起的腐蚀。 在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 （1）实验探究——钢铁的电化学腐蚀原理 ①向铁粉中加入碳粉的目的是碳作原电池的正极； ②实验现象：铁粉变成红棕色，a装置右边的小试管中液面上升；b装置中右边小试管中液面下降。 （2）钢铁的电化学腐蚀 根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为 析氢腐蚀 和 吸氧腐蚀 ，如下图所示： ①钢铁的吸氧腐蚀： 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生吸氧腐蚀。 负极反应式： 2Fe - 4e-===2Fe2+ ；正极反应式： O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 。 总反应式： 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 。 Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3： 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 ，Fe(OH)3部分脱水生成 Fe2O3·nH2O，是铁锈的主要成分。 ②钢铁的析氢腐蚀： 当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。其中，Fe是负极，C是正极。 负极反应式： Fe - 2e-=== Fe2+ ；正极反应式： 2H＋＋2e－===H2↑ 。 总反应式： Fe+2H+===Fe2++H2↑ 。 随着了氢气的析出，溶液的pH上升，最终形成铁锈。 二十、金属的防护 1．金属的防护方法 （1）在金属 表面覆盖保护层 ，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （2） 改变金属组成或结构 ，如制成合金。 （3）利用 电化学原理来保护金属 ，防止金属腐蚀。 2．金属的电化学防护 金属的电化学防护包括 牺牲阳极的阴极保护法 和 外加电流的阴极保护法 。 （1）牺牲阳极的阴极保护法 将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作阳极（负极），在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的阴极（正极）的金属不易被腐蚀。 （2）外加电流的阴极保护法 被保护的钢铁设备作为阴极，另加惰性电极作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。 通电后，电子流向被保护的钢铁设备，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。 3．金属腐蚀原理的应用 （1）将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面产生一层致密的氧化铝膜，从而阻止铝进一步被氧化。可以用铝槽车运输冷的浓硝酸或浓硫酸。 （2）铁在NaOH和NaNO2的混合液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层致密的氧化膜，可防止铁被腐蚀。 （3）生活中常用的“暖宝宝”是利用吸氧腐蚀原理制造的。 强化点一 常见的放热反应和吸热反应 常见的放热反应有：①燃烧反应；②中和反应；③金属与水或酸反应放出氢气；④大多数化合反应；⑤铝热反应。 常见的吸热反应有：①大多数分解反应；②需要持续加热的反应；③CO2+C2CO，C+H2OCO+H2；④铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2、Ca(OH)2与NH4Cl的反应。 强化点二 从微观和宏观角度分析能量变化 1. 从宏观角度：物质能量变化与焓变 放热反应 吸热反应 关系 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 表示方法 ΔH<0 ΔH>0 2. 从微观角度：化学键与焓变 化学键断裂：吸收能量，如H2(g)=2H(g) ΔH>0 化学键形成：释放能量，如2Cl(g)=Cl2(g) ΔH<0 化学键断裂吸收的能量>化学键形成放出的能量：ΔH>0 化学键断裂吸收的能量<化学键形成放出的能量：ΔH<0 化学反应的本质是旧化学键断裂时吸收的能量和新化学键形成释放的能量不同导致的。 化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。 强化点三 利用盖斯定律计算ΔH的四步骤 （1）定：确定待求反应的热化学方程式。 （2）找：找出待求热化学方程式中只在已知化学方程式中出现一次的物质。 （3）调：依据该物质调整已知化学方程式的方向(同侧相加，异侧相减)和化学计量数，每个已知化学方程式只能调整一次。 （4）算：ΔH与化学方程式一一对应调整和运算。 强化点四 燃料电池电极反应式的书写方法 （1）负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 （2）正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 强化点五 电解后溶液pH的变化规律 (1) 电解区域： ①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2) 电解质溶液： ①电解过程中，既产生H2， 又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 真题感知 1．（2024·重庆·高考真题）二氧化碳甲烷重整是资源化利用的重要研究方向，涉及的主要热化学方程式有： ① ② ③ 已知键能为，键能为，键能为，则中的碳氧键键能(单位：)为 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】根据盖斯定律反应①+②-③可得反应：，该反应，根据反应物键能和-生成物键能和可得：4c+2b-3a-中的碳氧键键能=，中的碳氧键键能=()，故B正确； 故选：B。 2．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 【答案】A 【分析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。 【解析】A．外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误； B．充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ； C．放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ； D．Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确 ； 故选 A。 3．（2024·海南·高考真题）已知时，，的临界温度(能够液化的最高温度)为，下列说法错误的是 A．氢气燃烧热 B．题述条件下和，在燃料电池中完全反应，电功+放热量 C．氢能利用的关键技术在于安全储存与运输 D．不同电极材料电解水所需电压不同，产生消耗的电功相同 【答案】D 【解析】A．氢气燃烧热为1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，则由热化学方程式可知，氢气燃烧热，故A正确； B．由题意可知，氢氧燃料电池中化学能转化为热能和电能，由能量守恒定律可知，和，在燃料电池中完全反应，电功+放热量，故B正确； C．氢气是易燃易爆的气体，难于安全储存与运输，所以氢能利用的关键技术在于安全储存与运输，故C正确； D．不同电极材料电解水所需电压不同，说明所需的电流不同，所以产生2g氢气所需时间不同，消耗的电功不同，故D错误； 故选D。 4．（2024·江西·高考真题）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣ B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣ C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室 D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH 【答案】B 【分析】由原电池中电子移动方向可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，CuRu为正极，得到电子生成NH3，电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，以此解答。 【解析】A．由分析可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，A错误； B．由分析可知，CuRu为正极，得到电子生成NH3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，B正确； C．质子交换膜只允许H+通过，C错误； D．由分析可知，负极电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，正极电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，总反应为8HCHO+7OH-=NH3+8HCOO-+4 H2↑+2H2O，处理废水过程中消耗OH-，溶液pH减小，需补加 KOH，D错误； 故选B。 5．（2024·湖南·高考真题）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是 A．电解时，向Ni电极移动 B．生成的电极反应： C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成的同时，生成 【答案】B 【分析】由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为：；Pt电极失去电子生成，作阳极，电极反应为：，同时，Pt电极还伴随少量生成，电极反应为：。 【解析】A．由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即向Pt电极移动，A错误； B．由分析可知，Pt电极失去电子生成，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为：，B正确； C．由分析可知，阳极主要反应为：，阴极反应为：，则电解过程中发生的总反应主要为：，反应消耗，生成，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误； D．根据电解总反应：可知，每生成1mol，生成0.5mol，但Pt电极伴随少量生成，发生电极反应：，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供，所以生成小于0.5mol，D错误； 故选B。 6．（2024·湖北·高考真题）2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是 A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆 【答案】D 【解析】A．发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属，通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现，可在金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜能有效防锈，A不符合题意； B．阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接，在金属表面形成一层氧化膜的过程，B不符合题意； C．表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法，C不符合题意； D．喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面并没有在表面形成钝化膜，D符合题意； 故答案选D。 7．（2024·浙江·高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成和，下列说法不正确的是 A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液变大 C．铁电极上的电极反应式为： D．每生成标准状况下，消耗 【答案】C 【解析】A．氨水浓度越大，越容易生成，腐蚀趋势越大，A正确； B．腐蚀的总反应为Zn+4NH3•H2O=+H2↑+2H2O+2OH-，有OH-离子生成，溶液变大，B正确； C．该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为：，C错误； D．根据得失电子守恒，每生成标准状况下，转移电子数为，消耗，D正确； 故选C。 8．（2024·广东·高考真题）我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁外壳为负极 B．镶嵌的锌块可永久使用 C．该法为外加电流法 D．锌发生反应： 【答案】D 【分析】钢铁外壳镶嵌了锌块，由于金属活动性Zn＞Fe，即锌块为负极，钢铁为正极，形成原电池，Zn失去电子，发生还原反应，，从而保护钢铁，延缓其腐蚀。 【解析】A．由于金属活动性Zn＞Fe，钢铁外壳为正极，锌块为负极，故A错误； B．Zn失去电子，发生氧化反应，，镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，故B错误； C．由分析得，该方法为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误； D．Zn失去电子，发生氧化反应：，故D正确； 故选D。 提升专练 1．（24-25高二上·北京·期中）基元反应的反应过程如下图。下列分析不正确的是 A．该基元反应涉及H-I键断裂和H-H键形成 B．该基元反应属于吸热反应 C．该基元反应的活化能为 D．增大c(HI)，该反应单位体积内活化分子数增多 【答案】C 【解析】A．反应开始后，先断裂所有的H-I键，然后生成的H原子再结合为H-H，则该基元反应涉及H-I键断裂和H-H键形成，A正确； B．该基元反应中，生成物的总能量大于反应物的总能量，则属于吸热反应，B正确； C．该基元反应的正反应的活化能为E1，逆反应的活化能为E2，焓变为，C不正确； D．增大c(HI)，该反应单位体积内的分子总数增多，活化分子数增多，但活化分子的百分数不变，D正确； 故选C。 2．（24-25高二上·广东江门·期中）下面是几种常见的化学电源示意图，(相对原子质量：)。有关说法不正确的是 A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．铅蓄电池工作过程中，每通过电子，负极质量减轻 【答案】D 【分析】如图所示，干电池为锌锰干电池，工作时锌在负极失去电子，被氧化，MnO2在正极得到电子被还原，不可充电，属于一次电池；铅蓄电池以铅作负极，氧化铅作正极，为可充电电池，属于二次电池；氢氧燃料电池中氧气在正极反应，氢气在负极反应，属于燃烧电池。据此答题。 【解析】A．根据分析知上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池，A正确； B．干电池中锌作负极，锌原子失去电子，被氧化生成，故干电池在长时间使用后，锌筒可被破坏，B正确； C．氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，C正确； D．铅蓄电池工作时，铅作负极，电极反应式为：，每通过电子，负极质量增加96g，D错误； 故选D。 3．（24-25高二上·四川泸州·期中）是一种剧毒气体，如下图为质子膜燃料电池的示意图，可对废气资源化利用。下列说法错误的是 A．a是负极，电池工作时，电子的流动方向是：电极负载电极质子膜电极 B．电池工作时，若有生成，会消耗标况下的 C．电极上发生的电极反应式为 D．电路中通过电子时，有经质子膜进入正极区 【答案】A 【分析】由图可知H2S燃料电池的总反应为2H2S+O2=S2+2H2O，电极a上H2S发生失电子的氧化反应生成S2，则电极a为负极，电极b为正极，正极上O2发生得电子的还原反应生成水，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，负极反应式为2H2S-4e-=S2+4H+，电池工作时，电子由负极经过导线流向正极，阴离子移向负极、阳离子移向正极。 【解析】A．该燃料电池中，电极a为负极，电极b为正极，电子由负极a经过导线流向正极b，但不能进入溶液中，即电子不经过质子膜，故A错误； B．由图可知H2S燃料电池的总反应为2H2S+O2=S2+2H2O，若有32g S2生成即物质的量为，会消耗0.5mol O2，标况下O2的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故B正确； C．电极b为正极，正极上O2发生得电子的还原反应生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故C正确； D．正极反应为O2+4H++4e-=2H2O，所以当电路中通过4mol电子时，有4mol H+经质子膜进入正极区，故D正确； 故选：A。 4．（24-25高二上·四川泸州·期中）生产水煤气的反应的能量变化如下图，下列说法正确的是 A．该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放 B．   C．容器内充入、后充分反应，放出的热量 D．加入催化剂可以减小(b-a)的值，从而提高反应速率 【答案】A 【解析】A．该反应过程中断裂旧的化学键吸收热量，形成新的化学键放出热量，因此该过程中既有能量的吸收又有能量的释放，A正确； B．该反应的反应物总能量低于生成物总能量，是吸热反应，根据图中信息得到，B错误； C．容器内充入1mol CO、1mol H2后充分反应，由于该反应是可逆反应，反应物不能完全转化，因此放出的热量小于(b－a)kJ，C错误； D．加入催化剂可以降低活化能，提高反应速率，但不影响反应热，即不能减小(b-a)的值，D错误； 故选：A。 5．（24-25高二上·福建·期中）碳酸二甲酯(DMC)是一种重要有机化工中间体，符合绿色低碳发展要求。双极耦合电催化合成DMC的原理如图所示，该体系具有通用性，可成功用于合成碳酸二乙酯。下列说法错误的是 A．金电极上发生的反应为： B．反应一段时间后，溶液中的保持不变 C．每产生[]，玻碳电极处就有被氧化 D．若用该装置合成碳酸二乙酯[]，可选用乙醇、作为原料 【答案】C 【分析】据图示可知，玻碳电极上Br-转化为Br2，发生氧化反应，玻碳电极为阳极，阳极电极反应式为：2Br--2e-=Br2，则金电极上CO2转化为CO，金电极为阴极，阴极电极反应式为CO2+2CH3OH+2e-2CH3O-+ CO+H2O。 【解析】A．据以上分析可知，金电极为阴极，阴极上发生的反应为：，故A正确； B．据图示可知，溶液中还存在反应：2CH3O-+ CO+ Br2=2Br-+(CH3O)2CO，据电解池阴阳极电极反应可知有：2Br-~CO ~ Br2，电极反应消耗的Br-和溶液中生成的Br-物质的量相等，反应一段时间后，溶液中的保持不变，故B正确； C．据以上分析可知，~2e-，每产生[]，玻碳电极处被氧化的n(Br-)，故C错误； D．该体系具有通用性，可成功用于合成碳酸二乙酯，据用该装置合成碳酸甲酯时原料可知，若用该装置合成碳酸二乙酯[]，可选用乙醇、作为原料，故D正确； 故答案为：C。 6．（24-25高二上·湖北·期中）已知、、的燃烧热分别为、、。混合物完全燃烧，放出热量。则、、的物质的量之比为 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】已知、、的燃烧热分别为、、。混合物完全燃烧，放出热量。设、、的物质的量分别为x、y、z，可得方程①x+y+z=0.5，②1300x+1400y+1560z=700，反应①×1400-反应②得11x-160z=0，解得，根据选项，只有D项符合，故答案选D。 7．（24-25高二上·北京·期中）资料显示，在溶液中，草酸根()可还原为。但向10mL 0.5 溶液中缓慢加入0.5 溶液至过量也不发生与之间的氧化还原反应，原因是，，并且此反应的活化能几乎为零。设计电化学实验证实草酸根()可还原，装置如图。下列说法不正确的是 A．a、b都应该用惰性电极 B．负极反应为 C．只要电流计指针发生偏转，就证实草酸根()可还原 D．取实验后b极区的溶液，加入溶液，有蓝色沉淀出现 【答案】C 【分析】与之间可发生氧化还原反应，可以构成原电池，但，反应限度大，故草酸钾与铁离子不能接触，干扰氧化还原反应，负极失电子，电极反应为，正极得电子，电极反应为，据此分析； 【解析】A．ab均用惰性电极，防止与草酸钾和铁离子发生反应干扰试验，A正确； B．根据分析，负极反应为，B正确； C．只要电流计指针发生偏转，就证实发生原电池反应，但不确定是草酸根()可还原，需要检验是否有生成，C错误； D．取实验后b（正）极区的溶液，有生成，加入溶液，有蓝色沉淀出现，D正确； 故选C。 8．（24-25高二上·河南郑州·期中）目前，我国光伏发电并网装机容量稳居全球首位。以四甲基氯化铵[]为原料，采用光伏并网发电装置，通过电渗析法合成，工作原理如图。下列说法不正确的是 A．光伏并网发电装置中N型半导体为负极 B．阳极发生的电极反应为 C．c为阳离子交换膜，d、e均为阴离子交换膜 D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体(标准状况) 【答案】C 【分析】根据第三个池中浓度变化得出，钠离子从第四池通过e膜，氯离子从第二池通过d膜，由电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动的规律，则a为阴极，电极反应式为：，b为阳极，电极反应式为:，a与N型半导体相连，b与P型半导体相连，所以N型半导体为负极，P型半导体为正极，据此分析解答。 【解析】A．由分析可知，N型半导体为负极，A正确； B．分析可知，b为阳极，电极反应式为:，B正确； C．通过分析可知，Na+离子通过e膜，Cl-通过d膜，(CH3)4N+通过c膜，所以c、e膜为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，C错误； D．182g四甲基氢氧化铵的物质的量为，a极电极反应式为：，则收集氢气1mol，转移电子为2mol，b极电极反应式为:，则收集氧气为0.5mol，标况下两极可得气体体积为，D正确； 故选C。 9．（24-25高二上·山东·期中）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是 A．两室中石墨电极电势：甲>乙 B．装置工作时，乙室溶液pH逐渐增大 C．装置中隔膜均可选用阴离子交换膜 D．若甲室减少300mg，乙室增加890mg，理论上该装置降解0.005mol乙酸盐 【答案】BD 【分析】右侧装置为原电池，LiCoO2电极上LiCoO2发生得电子的还原反应生成Co2＋，LiCoO2电极为正极，右侧装置中细菌电极为负极；左侧装置为电解池，其中细菌电极为阳极，甲室电极为阴极，据此分析解题。 【解析】A．甲室中石墨电极为阴极，乙室中石墨电极为正极，电势甲<乙，故A错误； B．右侧装置为原电池，装置工作时，乙室电极为阳极，该电极的电极反应式为，正极反应消耗氢离子，则乙室溶液的pH增大，故B正确； C．甲乙两侧均有H+参与反应，为了保持细菌所在环境的pH稳定，两侧都应选择阳离子交换膜，故C错误； D．甲室的电极反应为Co2＋＋2e−＝Co，若甲室中Co2＋减少300mg，则转移电子物质的量为，乙室的电极反应为LiCoO2＋e−＋4H＋＝Li＋＋Co2＋＋2H2O，若乙室Co2＋增加890mg，右侧装置转移电子物质的量为，串联电路中电子转移数目应相等，所以乙室溶液进行过转移，设转移过xmg Co2＋，则(300+x)×2=890+x，x=290；300+x=590，890+x=1180，左侧Co2＋参加反应应590mg，即，转移电子0.02mol；右侧生成Co2＋1180g，即，转移电子0.02mol，结合电极反应：；两侧均处理：，共0.005mol，故D正确； 故选：BD。 10．（24-25高二上·江苏南京·期中）2024年10月30日凌晨我国进行了“神州十九号”载人飞船发射，获得了圆满成功。火箭推进剂在航天和军事等领域具有广泛的应用： （1）液氧甲烷可以作为火箭推进剂。已知、下甲烷燃烧生成和液态水放出热量，则甲烷的燃烧热 ，甲烷燃烧的热化学方程式为 。 （2）长征5号火箭发射时使用液氢和煤油作为燃料，工业上可用在高温下与水蒸气反应制得。 已知：在、下：             则与水蒸气反应转化为和的热化学方程式为 。 （3）用于神舟系列飞船发射的长征二号F使用肼类燃料，已知： ①正反应的话化能，则逆反应的话化能 。 ②与反应生成和水蒸气的热化学方程式 。 ③与足量反应生成和液态水时，放出的热量是 。(计算结果保留1位小数) 【答案】（1） （2） （3） 20.5 【解析】（1）已知、下甲烷燃烧生成和液态水放出热量，则放出的热量为，则甲烷的燃烧热，甲烷燃烧的热化学方程式为：。 故答案为：；。 （2）根据盖斯定律，目标热化学方程式为已知反应一+反应三-反应二所得，。 故答案为：。 （3）①根据反应历程图可知：正反应的话化能，整个反应吸收了，则逆反应的话化能； ②根据反应历程图得反应I:，反应II：，与反应生成和水蒸气的热化学方程式为反应II2反应I：； ③根据第三个反应历程，1mol气态水转化为1mol液态水时还要放出44kJ的热量，则与足量反应生成和液态水时，放出的热量为：。 故答案为：；；20.5 。 11．（24-25高二上·四川泸州·期中）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。 回答下列问题： （1）由固体配制溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 (从下列图中选择，写出名称)。 （2）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中(填“铁”或“石墨”)。 （3）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中增加了。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中 (假设两个烧杯中溶液体积均为)。 （4）根据（2）、（3）实验结果，铁电极的电极反应式为 ；该实验验证了氧化性小于 ，还原性小于 。 （5）实验前需要对铁电极表面活化。在溶液中加入几滴溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 。 【答案】（1）烧杯、量筒、托盘天平 （2）石墨 （3） （4） （5）取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成 【解析】（1）由图从左到右顺序仪器名称为烧杯、量筒、托盘天平、漏斗、烧瓶，配制一定物质的量浓度溶液的一般操作步骤：计算、称量、溶解、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶贴标签，则图中用到的仪器有：烧杯、托盘天平、量筒； （2）铁电极失去电子，铁电极是负极，石墨电极是正极，原电池内部阳离子向正极移动，所以阳离子向石墨电极移动； （3）铁电极反应：Fe-2e-=Fe2+，铁电极增加0.02mol⋅L−1，石墨电极反应Fe3++e-=Fe2+，根据电子转移守恒，则石墨电极增加0.04mol⋅L−1，石墨电极溶液中0.04mol⋅L−1+0.05mol⋅L−1=0.09mol⋅L−1； （4）根据（2）、（3）实验结果，铁电极为负极，电极反应：Fe-2e-=Fe2+，石墨电极为正极，电极反应反应：Fe3++e-=Fe2+，电池的总反应式为：2Fe3++Fe=3Fe2+，反应中，Fe3+作氧化剂，Fe作还原剂，Fe2+既是氧化产物，又是还原产物，所以该实验验证了氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe； （5）对铁电极活化是除去表面的氧化膜，氧化膜反应完成后，铁单质把Fe3+还原，所以只要检验溶液中是否还含有Fe3+就可以了，检验方法为：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。 12．（24-25高二上·广西百色·期中）I．黏土钒矿中，钒以+3价、+4价、+5价的化合物存在，还包括和铝硅酸盐等。采用以下流程可由黏土钒矿制备和硫酸铝铵。 已知：i．有机酸性萃取剂的萃取原理为：(表示有机溶液) ⅱ.酸性溶液中，对价钒萃取能力强，而对价钒的萃取能力较弱。 iii．能萃取而不能萃取。 （1）从黏土钒矿到浸出液的流程中，加快浸出速率的措施有 。 （2）浸出液中钒以+4价、+5价的形式存在，简述加入铁粉的原因： 。 （3）从平衡移动原理解释加入溶液的作用： 。 （4）和反应生成和的离子方程式是 。 Ⅱ．电化学方法是化工生产中常用的一种方法。利用该装置可以得到不同的产物： 氯碱工业中，用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制备氯气。 （5）该电解池的总方程式： （6）若有产生电子，产生气体的总体积是 (标准状况下)。 Ⅲ．二氧化氯是一种高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取工艺。 （7）a电极附近 (填“增大”“减小”或“不变”。b电极作电解池的 极，电极反应式为 。 【答案】（1）使用浓硫酸、升温至 （2）将溶液中的价钒、分别转化为价钒、，利于价钒的萃取，实现钒元素和铁元素的分离 （3）加入，增大，平衡逆向移动，使萃取的钒脱离有机层返回到无机层，与萃取剂分离 （4） （5） （6） （7）增大 阳 【分析】黏土钒矿中，钒以+3价、+4价、+5价的化合物存在，还包括SiO2、Fe2O3和铝硅酸盐(Al2O3•SiO2)等，加入浓硫酸、通入空气、在250℃下发生反应，然后用水浸取，所得滤渣为SiO2，滤液中含有+3价、+4价、+5价的含钒酸根离子，Fe3+、Al3+等；加入氨水调节pH为1~1.5，获得硫酸铝铵固体，溶液中含有Fe3+及含矾酸根离子；加入铁粉将Fe3+还原为Fe2+，同时将还原为VO2+，然后用HR萃取，Fe2+进入无机层；有机层中加入20%H2SO4、KClO3，将VO2+转化为，再加入氨水，生成NH4VO3沉淀，NH4VO3高温分解，可获得V2O5；无机层中加入氨水、并通入空气，将Fe2+转化为Fe(OH)3沉淀，过滤后焙烧，可获得Fe2O3。 【解析】（1）由流程线上信息可得加快浸出速率的措施有使用浓硫酸，升温到250℃，也可采取粉碎黏土钒矿，搅拌等措施，故答案为：使用浓硫酸、升温至； （2）酸性溶液中，HR对VO2+、Fe3+萃取能力强，而对的萃取能力较弱，加入铁粉将Fe3+还原为Fe2+，同时将还原为VO2+，则加入铁粉的原因：将溶液中的价钒、分别转化为价钒、，利于价钒的萃取，实现钒元素和铁元素的分离； （3）加入，氢离子浓度增大，会使萃取平衡逆向移动，有利于反萃取，故答案为：加入，增大，平衡逆向移动，使萃取的钒脱离有机层返回到无机层，与萃取剂分离； （4）由题干可知反应物为和VO2+，生成物为Cl-和，氯元素降低6价，钒元素升高1价，围绕酸性环境用H+配平电荷，得到：； （5）该电解池的总方程式：； （6）根据，转移2mol电子得到2mol气体，若转移0.4mol电子，产生气体物质的量为0.4mol，其总体积是(标准状况下)；故答案为：； （7）电解饱和食盐水制取ClO2工艺，b极氯离子失去电子，a电极是得到电子，即a电极为水中氢离子得到电子，剩余氢氧根，电极反应式为，因此附近pH增大；b极氯离子失去电子变为ClO2，则b电极作电解池的阳极，电极反应式为；故答案分别为：增大；阳；。 【点睛】电解池中阳极失电子，阴极得电子。 13．（24-25高二上·福建龙岩·期中）电化学在冶金、航空、航天、材料、能源、环境科学等领域有广泛的应用。 （1）回收并利用一直是科研人员研究的热点。我国科学家研究电池，取得了重大科研成果，该电池中，Li为单质锂片，则该电池中的在 （填“正”或“负”）极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。 Ⅰ.。 Ⅱ.。 Ⅲ. 。 Ⅳ.。 （2）电解精炼法提纯镓（）是工业上常用的方法，具体原理如图所示。已知：金属活动性顺序；镓的化学性质与铝相似，在强碱溶液中以形式存在。 ①电解后，电解槽底部阳极泥中所含的金属有 。 ②电解过程中阴极的电极反应式是 。当外电路通过时，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 （）。 （3）全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应，该电池储能容量大、使用寿命长。利用该电池电解处理含的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示，a、b、c、d电极均为惰性电极。 ①全钒液流电池放电时，a电极反应式为 。 ②隔膜2为 （填“阴”或“阳”）离子交换膜，装置B中p口流出液中主要的溶质为 （填化学式）。 ③当装置B中产生气体的总体积为（标准状况下）时，装置A中有 通过质子交换膜。 【答案】（1）正 （2）、 （3） 阴 2 【解析】（1）在Li-CO2电池中，Li为负极，则该电池中的CO2在正极发生电化学反应，研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，由于步骤Ⅳ需要参加，且最终产物有C单质，所以步骤Ⅲ的反应方程式为； （2）电解精炼法提纯镓时，纯金属镓作阴极，含有杂质的粗镓作阳极，电解池中的阴阳极分别与电源的负正极相接，即M为电源负极，N为电源正极，阳极上活泼性强的金属Zn、Ga失电子进入溶液中，镓离子与溶液中的氢氧根离子结合生成，然后在阴极得电子生成镓，阳极反应为Ga-3e-+4OH-=，阴极反应为2H2O++3e-=Ga+4OH-； ①阳极为金属单质失去电子生成金属离子，已知：金属活动性顺序，则阳极放电顺序为，阳极上Zn、Ga溶解，Fe、Cu沉在电解槽底部形成阳极泥，则电解后，电解槽底部阳极泥中所含的金属有Fe、Cu； ②根据分析，电解过程中在阴极得电子生成镓，阴极的电极反应式是，阴极得到的镓，，由阴极的电极反应式可知，0.05mol Ga反应时阴极得到电子为0.05mol×3=0.15mol，当外电路通过时，则该电解装置的电解效率； （3）A为原电池，B为电解池，Y区生成O2，X区生成H2，则d电极为阳极，c电极为阴极，a电极为正极，b电极为负极； ①全钒液流电池放电时，a电极为正极，溶液中得到电子和氢离子反应生成VO2+和水，其电极反应式为； ②c电极为阴极，水中得到电子生成H2和OH-，OH-与废水中的反应生成NH3∙H2O，p口流出液含有的溶质为，则隔膜1为阳离子交换膜，p口流出液含有的溶质为；d电极为阳极，水失去电子生成O2和H+，d电极的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，H+与结合为HNO3，则隔膜2为阴离子交换膜，q口流出液含有的溶质为HNO3； ③装置B电解的本质是电解水，反应方程式为，装置B两电极每产生3mol气体时转移4mol电子，装置A有4mol H+通过质子交换膜，在标准状况下，装置B中产生气体的总体积物质的量为，装置A中有2mol H+通过质子交换膜。 14．（24-25高二上·河南郑州·期中）化学反应的过程不仅包括物质变化，还包括能量变化。研究化学能与其他形式能量之间的相互转化具有重要的意义。 I．化学能与热能 用 的盐酸与 的氢氧化钠溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 （1）仪器A的名称是 。 （2）已知：近似认为溶液密度是1g·cm⁻³，溶液的比热容c= 忽略溶液体积变化。实验数据如下，请计算中和热ΔH= 。 实验次数 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃ 盐酸 氢氧化钠溶液 平均值 1 26.4 26.2 26.3 29.4 2 27.0 27.4 27.2 31.7 3 25.9 25.9 25.9 28.8 （3）上述实验测得的中和热与理论值 存在较大偏差，产生偏差的原因可能是 (填字母)。 A．量取盐酸时仰视读数                                                B．实验装置保温隔热效果差 C．为了使反应充分，向酸溶液中分次加入碱溶液 Ⅱ． 化学能与电能 在如图所示装置中， A、B、E、F为多孔的石墨惰性电极； C、D为两个铂夹，夹在被 Na₂SO₄溶液浸湿的滤纸条上，滤纸中部滴有 KMnO4溶液； 电源有a、b两极。试管中充满KOH 溶液后倒立于 KOH溶液的水槽中，烧杯中为 500mL0.04mol·L⁻¹的 AgNO3溶液。断开 K1， 闭合K2、K3， 通直流电， 实验现象如图所示。 （4）a为电源的 极，在Na2SO4溶液浸湿的滤纸条中部的 溶液处观察到的现象是 。 （5）开始时，烧杯中发生的离子反应方程式 。一段时间后，在标准状况下A、B处共收集到气体672mL，忽略溶液体积变化，则此时烧杯中 c(H⁺)= ，烧杯中产生的气体体积为 。 （6）若电解一段时间后，A、B均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，观察到检流计的指针移动，其理由 。 【答案】（1）(玻璃)搅拌器 （2） （3）BC （4）负极 紫色向D处移动 （5） 0.04mol∙L−1 448mL （6）此装置构成氢氧燃料电池，所以检流计指针移动 【解析】（1）仪器A的名称是(玻璃)搅拌器。 （2）第1次测定温度差为：(29.4-26.3)℃=3.1℃，第2次测定的温度差为：(31.7-27.2)℃=4.5℃，第3次测定的温度差为：(28.8-25.9)℃=2.9℃，实验2的误差太大要舍去，2次温度差的平均值为=3.0℃， 的盐酸与 的氢氧化钠溶液，生成水的物质的量为(0.05L×0.50mol/L=0.025mol，溶液的质量为：100mL×1g/cm3=100g，温度变化的值为△T=3.0°C，则生成0.025mol水放出的热量为：Q=m⋅c⋅△T=100g×4.2J/(g⋅°C)×3.0°C=1260J，即1.26kJ，所以实验测得的中和热。 （3）上述实验测得的中和热与理论值 存在较大偏差，说明测定放出的热量偏小， A．量取盐酸时仰视读数，会导致量取盐酸的体积偏大，放出的热量偏多，A不选； B．实验装置保温隔热效果差，会导致测定放出的热量偏小，B选； C．为了使反应充分，向酸溶液中分次加入碱溶液，会导致热量散失较多，导致测定放出的热量偏小，C选； 故选BC。 （4）切断K1，合闭K2、K3通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2：1，通过图像知，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，所以B极上得H2，A极上得到O2，所以B极是阴极，A极是阳极，则a是负极，b是正极；浸有硫酸钠的滤纸和电极C、D与电源也构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的阳离子K+向阴极C电极区域移动，阴离子向阳极D区域移动，所以D极附近的溶液呈紫色。 （5）开始时，烧杯中发生电解硝酸盐溶液的反应，Ag+在阴极得到电子生成Ag，H2O在阳极失去电子生成O2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子反应方程式为：。切断K1，合闭K2、K3通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，B极上得H2，A极上得到O2，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，在标准状况下A、B处共收集到气体672mL，则n(H2)= ，n(O2)= ，由电极方程式可知转移0.04mol电子，烧杯中n(Ag+)=0.5L×0.04mol/L=0.02mol，则烧杯中先发生，转移0.02mol电子，可知生成0.02molH+，然后发生电解水的反应，转移0.02mol电子，n(H+)不变，则此时烧杯中 c(H⁺)==0.4mol/L，烧杯中产生的气体物质的量为0.02mol×+0.01mol+0.01mol×=0.02mol，标况下气体的体积为0.02mol×22.4L/mol=0.448L=488mL。 （6）若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极．此时切断K2、K3，闭合K1，构成氢氧燃料电池，观察到检流计的指针移动。 15．（24-25高二上·河南洛阳·阶段练习）一种燃料电池与电解池组合的装置(电池工作时)如图所示，电极均为惰性电极，回答下列问题： （1）电极Ⅰ为 (填“正”或“负”)极，该电极上的反应式为 。 （2）右侧电池工作室中能量的转化形式主要为 (填“化学能”或“电能”，下同)转化为 。 （3）气体X为 (填化学名称)，判断的理由为 。 （4）电池工作一段时间后，图中三处KOH溶液的质量分数的大小顺序为___________(填标号)。 A． B． C． D． （5）当电路中每转移0.2mol电子： ①此时消耗的质量为 g。 ②此时电极Ⅳ上生成气体的体积为 L(标准状况下)。 【答案】（1）正 （2）电能 化学能 （3）氢气 电极III上产生的气体为H2 （4）D （5）1.6 2.24 【分析】由图可得，可知左边是燃料电池，右边是电解池；通入氧气的电极I是电池的正极，电极反应为，与电极I相连的电极IV是电解池的阳极，则电极IV上被氧化为，电极反应式为，电极III是电解池的阴极，溶液中氢离子在阴极被还原为，电极反应为，所以气体X是氢气，电极II的电极反应为。 【解析】（1）由分析可得，电极I为燃料电池的正极，该电极上的反应式为； （2）右侧电池为电解池，能量的转化形式主要为电能转化为化学能； （3）由分析可知，气体X为氢气，电极III为阴极，阴极发生还原反应产生； （4）III电极为阴极，电极反应为，I电极的反应式为，II电极的反应式为，则I电极附近始终生成KOH并且不消耗，所以c%>b%，II电极不断消耗，所以 b%>a%，故大小关系为c%>b%>a%，故选D； （5）①由电子得失守恒可知，，则=1.6g； ②由电子得失守恒可知，，则=2.24L。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$